激光泵浦的銫-氦磁力儀的信號(hào)特征

伏吉慶, 賀 青, 張 偉

(中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院, 北京 100029)

1 引 言

在磁學(xué)計(jì)量中,對(duì)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的準(zhǔn)確測(cè)量是核心目標(biāo)。核磁共振(nuclear magnetic resonace, NMR)磁力儀是目前計(jì)量領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的高準(zhǔn)確度磁力儀[1],在地磁范圍內(nèi)的不確定度可以達(dá)到0.1 nT。核磁共振磁力儀存在兩個(gè)原理上的缺陷:一是由于質(zhì)子旋磁比γp較小,在低于20 μT的極弱磁場(chǎng)下進(jìn)動(dòng)頻率太低,信號(hào)太微弱從而無(wú)法工作;二是需要利用強(qiáng)磁場(chǎng)激勵(lì)原子核磁矩,該激勵(lì)磁場(chǎng)會(huì)干擾附近的其它磁力儀,使得在利用NMR磁力儀校準(zhǔn)其它磁力儀時(shí),一般采取對(duì)同一目標(biāo)用NMR磁力儀和待校準(zhǔn)磁力儀交替測(cè)量的辦法,難以實(shí)現(xiàn)直接實(shí)時(shí)地校準(zhǔn)。

光泵磁力儀[2]可以解決NMR磁力儀的這兩個(gè)缺陷,光泵磁力儀利用核外電子進(jìn)行磁場(chǎng)測(cè)量,電子的旋磁比γe比核自旋大3個(gè)數(shù)量級(jí),使得光泵磁力儀對(duì)弱磁場(chǎng)的測(cè)量能力可以達(dá)到幾十nT的量級(jí)；同時(shí),由于不需要利用磁場(chǎng)激勵(lì),因此光泵磁力儀工作時(shí)不會(huì)對(duì)其它磁力儀產(chǎn)生干擾,可以實(shí)時(shí)地對(duì)其它磁力儀進(jìn)行校準(zhǔn)。然而，光泵磁力儀的缺點(diǎn)是泵浦光源引入了較大的光頻移誤差,該誤差是一個(gè)和光場(chǎng)強(qiáng)度、方向、分布、溫度等條件都相關(guān)的可變系統(tǒng)誤差,大小約為1～5 nT；這一誤差導(dǎo)致光泵磁力儀準(zhǔn)確度不高。如果可以消除光頻移誤差,就可以利用光泵磁力儀作為絕對(duì)磁力儀,將極大地提升目前極弱磁領(lǐng)域的量值復(fù)現(xiàn)水平。

銫-氦光泵磁力儀[3]是目前光頻移誤差問(wèn)題的一種解決方案。它利……